骨钙素通过PKA/AMPK/PGC1α通路改善慢性应激诱导的抑郁样行为及海马神经元线粒体损伤

本研究揭示骨钙素(OCN)通过上调海马神经元GPR158/GPR37表达，激活PKA/AMPK/PGC1α信号通路，显著改善慢性不可预知温和应激(CUMS)小鼠的抑郁样行为。实验证实OCN能降低活性氧(ROS)、提升ATP水平，维持线粒体动态平衡，为抑郁症的骨-脑轴治疗提供新靶点。

　　

ABSTRACT

抑郁症作为常见精神障碍，现有治疗手段有限。骨源性活性蛋白骨钙素(OCN)被发现能通过调节G蛋白偶联受体GPR158/GPR37改善情绪，但其在中枢神经系统(CNS)的作用机制尚不明确。本研究通过慢性不可预知温和应激(CUMS)模型，首次系统阐明OCN通过PKA/AMPK/PGC1α通路改善线粒体功能的分子机制。

1 Introduction

抑郁症与线粒体功能障碍密切相关，表现为ATP生成减少、ROS水平升高及线粒体结构异常。OCN作为骨组织分泌的内分泌因子，可穿过血脑屏障作用于海马神经元，但其对神经元线粒体的保护作用未见报道。研究采用CUMS抑郁模型，旨在揭示OCN通过调控线粒体功能发挥抗抑郁作用的精确机制。

2 Materials and Methods

实验选用8周龄C57BL/6雄性小鼠，随机分为对照组、CUMS组、氟西汀阳性对照组及OCN低中高剂量组(1/3/10 μg/kg)。通过3周腹腔注射干预后，采用糖水偏好测试(SPT)、强迫游泳测试(FST)、悬尾测试(TST)等行为学评估。Western blot检测海马组织GPR158/GPR37、p-PKA、p-AMPK、PGC1α等蛋白表达，透射电镜观察线粒体超微结构，流式细胞术检测ROS水平，ELISA测定ATP含量。体外实验采用HT-22海马神经元系，建立皮质酮(CORT)诱导的损伤模型。

3 Results

3.1 行为学改善

OCN(3/10 μg/kg)显著逆转CUMS小鼠体重下降、糖水偏好降低及运动能力减弱。在FST和TST中，OCN组不动时间较CUMS组缩短40%-50%，效果与氟西汀相当。

3.2 受体调控特征

Western blot显示CUMS小鼠前扣带回皮层(ACC)、杏仁核(Amy)和海马(Hip)中GPR158/GPR37表达均降低，但仅海马区经OCN干预后显著恢复。免疫荧光证实这两种受体特异性表达于海马NeuN⁺神经元，而非星形胶质细胞(GFAP⁺)或小胶质细胞(Iba1⁺)。

3.3 线粒体保护

透射电镜观察到CUMS组海马神经元出现线粒体空泡化(橙色箭头)和内质网扩张(蓝色三角)，OCN处理组线粒体形态接近正常(黄色箭头)。分子检测显示OCN使ATP水平提升2.1倍，ROS降低62%，并逆转Drp1上调和Mfn2下调。

3.4 信号通路激活

OCN显著提高海马组织p-PKA(Thr197)、p-AMPK(Thr172)及PGC1α表达，但对线粒体自噬标志物PINK1无影响。抑制剂实验证实H89(PKA抑制剂)和Compound C(AMPK抑制剂)可完全阻断OCN对PGC1α的激活作用。

3.5 体外验证

HT-22细胞实验中，30 nM OCN预处理使CORT(200 μM)诱导的细胞存活率从58%提升至89%。流式检测显示OCN使细胞内ROS荧光强度由1523±187降至876±105，同时ATP含量增加1.8倍。

4 Discussion

本研究首次揭示OCN通过"GPR158/GPR37-PKA-AMPK-PGC1α"级联反应改善线粒体功能的分子机制：

1. 受体特异性：OCN选择性上调海马神经元(而非胶质细胞)的GPR158/GPR37表达

2. 能量重塑：通过增加p-AMPK促进PGC1α核转位，上调抗氧化酶表达

3. 动态平衡：调节Drp1/Mfn2比例，维持线粒体融合-分裂平衡

4. 跨屏障作用：外周给药即可发挥中枢保护效应，具有临床转化潜力

5 Conclusion

OCN通过骨-脑轴调控改善CUMS诱导的抑郁样行为，其核心机制涉及AMPK/PGC1α通路介导的线粒体功能保护。该研究为抑郁症的代谢调控治疗提供新思路，也为理解外周组织与中枢神经系统的交互作用开辟新视角。